Comparaison des outils optique et radar en polarimétrie bistatique

par Nicolas Trouvé

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Antonello De Martino.

Soutenue en 2011

à Palaiseau, Ecole polytechnique .

mots clés

• Optique
• Radar
• Polarimétrie

Résumé

L'information polarimétrique des ondes électromagnétiques est fondamentalement semblable pour les micros ondes (radar), l'infrarouge et le visible (optique). Cependant, les échelles et les moyens de mesures impliqués varient très fortement ce qui explique que les divers outils développés (étalonnage, configuration géométrique, filtrage du bruit) divergent entre les différentes communautés. Diffèrent notamment : la géométrie d'acquisition, classiquement bistatique en optique et majoritairement monostatique en radar, la nature de la mesure, cohérente pour le radar (intensité et phase) et en énergie pour l'optique ; les traitements. Cette thèse exploite l'utilisation transverse des outils appartenant à ces deux mondes afin d'améliorer notre compréhension globale de la polarimétrie et son exploitation. Nous avons d'abord adapté une méthode de calibration inspirée de l'optique au cas du radar bistatique. Ensuite nous avons analysé l'impact des géométries bistatiques et des choix de référence, pour proposer le choix du plan de diffusion dans l'analyse des images radar. Puis nous nous sommes penchés sur l'estimation de la matrice de covariance polarimétrique dans le cadre du radar. Ceci a permis de proposer une méthode originale de segmentation des images SAR ainsi que de nouveaux types de détecteurs. Enfin, nous présentons les différents "traitements polarimétriques" à proprement parler, et diverses applications auxquelles ces traitements peuvent servir : caractérisation de milieux dépolarisants en optique (tissus) ou radar (forêt), aide à la restitution 3D

Titre traduit

Comparison of optic and radar tools in bistatic polarimetry

Résumé

The polarimetric information is fundamentally similar for the micro-wave (radar), infrared and visible (optics) domains. However, measurement instruments vary considerably and therefore all the developed tools (calibration, geometric conventions, noise filtering) differ between the different communities. These differences are illustrated in particular by the following : the acquisition geometry, typically bistatic in optics and mainly monostatic in radar ; the nature of the measure, coherent for the radar (intensity and phase) and incoherent for optics ; the processing. This thesis attempts to compare the use of these tools in these two worlds to improve our understanding and use of polarimetry. A calibration method inspired by optics was first adapted to the case of bistatic radar. Then the impact of bistatic geometries and choice of reference polarimetric bases were analyzed, first for simple targets and then for depolarizing targets. That leads us to choose the diffusion plane as reference plane for conducting polarimetric analysis on bistatic radar images. Then we focus on the estimation of the covariance matrix in radar and on the statistical pre-processing. We propose here an original polarimetric segmentation scheme and a new family of polarimetric detectors. Finally, we discuss the different polarimetric decompositions, and various applications : characterization of depolarizing optical media (biological tissues) or radar (forest), help for 3D rendering